材料的基本性質(zhì)課件

石家莊市城鄉(xiāng)建設(shè)學校市政教研室第二章材料的基本性質(zhì)一、材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料的體積構(gòu)成體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。材料體積的種類絕對密實體積Ｖ

干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。。一般將材料磨成規(guī)定細度的粉末，用排開液體的方法得到其體積。自然體積V0

材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。形狀規(guī)則的材料可根據(jù)其尺寸計算其體積；形狀不規(guī)則的材料可先在材料表面涂臘，然后用排開液體的方法得到其體積。堆積體積V0’

粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的總體外觀體積。松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。（一）材料的密度

1.實際密度指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算：

式中：ρ——實際密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的質(zhì)量，g或kg；

V——材料的絕對密實體積，cm3

或m3。例一請求100g的H2O的體積。2.表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的質(zhì)量，g或kg；

V0——材料的自然體積，cm3

或m3。（一）材料的密度例二某材料，干燥狀態(tài)下質(zhì)量為115g，自然狀態(tài)下的體積為44cm3，絕對密實狀態(tài)下的體積為37cm3。請計算此材料的密度ρ及表觀密度ρo

。3.堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的堆積密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的質(zhì)量，g或kg；

——材料的堆積體積，cm3

或m3。（一）材料的密度砂堆積密度的測定將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積（二）材料的密實度

密實度：材料體積內(nèi)固體物質(zhì)填充的程度。

對于絕對密實材料，因ρ0=ρ

，故密實度D=1或100%。對于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0

＜ρ

，故密實度D

＜1或D

＜100%?？紫堵剩翰牧蟽?nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。式中：V——材料的絕對密實體積，cm3

或m3；

V0——材料的表觀體積，cm3

或m3；

ρ0——材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3

或kg/m3。

（三）孔隙率例三某石灰?guī)r密度為268g/cm3，孔隙率為1.5%，今將該石灰?guī)r破碎,求此碎石的表觀密度。例四已知孔隙率為22.1%，求此材料的密實度D。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性與憎水性

與水接觸時，材料表面能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性,θ≤900；材料表面不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性,θ>900

。

二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)2.材料的吸水性

材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率來表示。（1）質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，（2）體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（3）影響材料吸水性的因素

材料是親水的還是憎水的;孔隙率大小;孔隙特征.（4)不良影響：吸水會改變材料的許多性能：

強度下降，體積膨脹，保暖性能降低，抗凍性質(zhì)變壞等。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)3.材料的吸濕性（1）概念：材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。（2）表示方法：

含水率

當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率。例1：

500g砂烘干至恒重時的質(zhì)量為486g，求此河砂的含水率。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)吸水率與含水率的區(qū)別比較項目吸水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的質(zhì)量比或體積比吸收水分的質(zhì)量比吸收水量達到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率4.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。材料耐水性的指標用軟化系數(shù)。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將KR＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75。例二普通黏土磚進行抗壓試驗：浸水飽和后其抗壓強度為183KN/m2，干燥狀態(tài)下的抗壓強度為207KN/m2。請求（1）此材料的軟化系數(shù)；（2）此磚是否宜于建筑物中與水接觸的部位使用？二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)5.材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示。（1）滲透系數(shù)K

材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強。12、（1）抗?jié)B性混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力?；炷恋目?jié)B性用抗?jié)B等級表示。是以28d齡期的標準試件，按規(guī)定方法進行試驗時所能承受的最大靜水壓力來確定?？煞譃镻4、P6、P8、P10和P12等五個等級，分別表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的靜水壓力而不發(fā)生滲透。（2）抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在飽和水狀態(tài)下，能抵抗凍融循環(huán)作用而不發(fā)生破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。用抗凍等級表示?？箖龅燃壥且?8d齡期的混凝土標準試件，在飽和水狀態(tài)下，強度損失不超過25％，且質(zhì)量損失不超過5％時，所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九個等級。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（2）抗?jié)B等級材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母S及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如S4、S6、S8、S10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。（3）影響材料抗?jié)B性的因素材料親水性和憎水性通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料；材料的密實度密實度高的材料其抗?jié)B性也較高；材料的孔隙特征具有開口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。6、抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在飽和水狀態(tài)下，能抵抗凍融循環(huán)作用而不發(fā)生破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。用抗凍等級表示?？箖龅燃壥且?8d齡期的混凝土標準試件，在飽和水狀態(tài)下，強度損失不超過25％，且質(zhì)量損失不超過5％時，所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九個等級。

二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率）密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強度強度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大則其抗凍性越差。三、與熱有關(guān)的性質(zhì)1、導(dǎo)熱性2、比熱容和熱容量3、材料的保溫隔熱性能四、材料的力學性質(zhì)1.材料的強度材料的強度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等?？箟嚎估辜艨箯澦?、材料的力學性質(zhì)抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算：式中：f——材料強度，MPa；

Fmax——材料破壞時的最大荷載，N；

A——試件受力面積，mm2?？箯潖姸鹊挠嬎悖褐虚g作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中：fw——材料的抗彎強度，MPa；Fmax——材料受彎破壞時的最大荷載，N；A——試件受力面積，mm2；L、b、

h——兩支點的間距，試件橫截面的寬及高，mm。-比強度是按單位質(zhì)量計算的材料強度，其值等于材料的強度與其表觀密度之比。它是衡量材料輕質(zhì)高強的一個主要指標。四、材料的力學性質(zhì)2.彈性和塑性（1）彈性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。（2）塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。E=例如：混凝土、鋼筋四、材料的力學性質(zhì)3.脆性和韌性

材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。四、材料的力學性質(zhì)4.硬度和耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個硬度等級。鋼球壓入法：木材、混凝土、鋼材常用此法硬度大的材料耐磨性較強，但不易加工。（2)耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：式中：

G——材料的磨耗率，（g/cm2）；

m1——材料磨損前的質(zhì)量，（g）；

m2——

材料磨損后的質(zhì)量，（g）；

A——材料試件的受磨面積（cm2）。四、材料的力學性質(zhì)五、材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。材料的耐久性：是一種綜合性質(zhì)，如抗凍性、抗風化性、抗老化性、耐化學腐蝕均屬于耐久性的范圍。此外，材料的強度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。五、材料的耐久性物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。如：混凝土的碳化、水泥石的溶蝕?；瘜W作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。如：瀝青機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。如：木材、竹材、植物纖維本章總結(jié)：材料的基本物理性質(zhì)；材料的力學性質(zhì)；材料的耐久性。補充練習：一、填空題

1、材料的（）及（）是決定材料性質(zhì)的基本因素，要掌握材料的性質(zhì)必須了解材料的（）

、（

）

與材料性質(zhì)之間的關(guān)系。

2、土木工程材料按化學性質(zhì)分三大類：（）

、（

）

、（）

。3、

土木工程材料的技術(shù)性質(zhì)主要有：（

）、

（

）、（

）

。

4、當水與材料接觸時，沿水滴表面作切線，此切線和水與材料接觸面的夾角，稱（）

。

5、材料吸收水分的能力，可用吸水率表示，一般有兩種表示方法：

（）

和

（

）

。

6、材料在水作用下，保持原有性質(zhì)的能力，稱（

）用

（

）表示。

7、材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱（）

，用（）或（

）表示。

8、材料抗?jié)B性大小與（）

和（）

有關(guān)。

9、材料的變形特征有兩種類型（）和（）

。

10、根據(jù)材料被破壞前塑性變形顯著與否，將材料分為（

）與（

）

兩大類。二、判斷題

1、材料的體積吸水率就是材料的開口孔隙率。（

）

2、對于多孔的絕熱材料，一般吸水率均大于100%，故宜用體積吸水率表示。（）

3、孔隙率又稱空隙率。

（

）

4、吸水率就是含水率。（

）5、凍融破壞作用是從外表面開始剝落逐步向內(nèi)部深入的。（）

6、由微細而封閉孔隙組成的材料λ小，而由粗大連通孔隙組成的材料λ大。

（）

7、傳熱系數(shù)與熱阻互為倒數(shù)。

（

）

三、選擇題

1、某鐵塊的體積密度ρΟ=m/（）。

A、V0

B、V孔

C、V

D、V0`

2、某粗砂的堆積密度ρΟ`=m/（

）。

A、V0

B、V孔

C、V

D、V0`

3、散粒材料的體積V0`=（

）。

A、V+V孔

B、V+V孔+V空

C、V+V空

D、V+V閉

4、材料的孔隙率P=（）。

A、V

B、V0

C、V0`

D、

p`

E、PK+PB+P顆粒之間

5、材料憎水性是指潤濕角（

）。

A、θ<900

B、θ>900

C、θ=900D、θ=0

6、材料的吸水率有哪幾種表示方法（

）。

A、W

wB、WV

C、Kp

D、Pk

7、材料的吸水率與（）有關(guān)。